piezoverstärker

[Ozzy]

Moin,

für ein Projekt möchte ich Piezos im Ultraschallbereich einsetzen. Mein Problem ist jetzt der Verstärker der Piezos. Ich habe gelesen, dass Piezos mindestens 15VPP brauchen, um gut zu laufen (http://www.elektronikpraxis.vogel.de/index.cfm?pid=856&pk=59677).
Der Eingang ist ein PWM-Signal vom ATmega. Praktisch als Verstärker wäre ja ein max232, aber der liefert leider zu wenig Strom.
Was ich jetzt suche ist eine Möglichkeit, aus meiner 5V Versorgungsspannung -10 bis +10 Volt schaltbar durch den Atmega zu erzeugen. Ich habe da zuerst an DC/DC-Wandler gedacht, bei dem man da die Augänge umschaltet.

Oder habt Ihr da eine gute, und (platzmäßig) kleine Idee?

MfG, und vielen Dank, Ozzy

[mare_crisium]

Ozzy,

die Angabe mit 15 Vpp bezieht sich auf den Sender. Der Empfänger liefert selbst eine Spannung, dafür aber fast keinen Strom. Der Empfänger muss deshalb einen sehr hohen Eingangswiderstand haben. Ein gutes Beispiel findest Du in der Elektor-Ausgabe vom 12/ 2004. Der Artikel (auf Seite 31 heisst "In höchsten Tönen". Da wird sowohl die Sender- als auch die Empfänger-Verstärker-Schaltung vorgestellt. Beide sind direkt an einen ATmega8 angeschlossen. Den Artikel kann man sich (leider gebührenpflichtig) von

www.elektor.de

herunterladen.

Ciao,

mare_crisium

[Ozzy]

Hi,

mir geht es ja auch nur um den Sender...

P.S. Habe mir den Artikel gerade einmal heruntergeladen - die frabrizieren damit Spannungen von über 50vpp..

[kolisson]

hi...

bei mir klingelt da gerade schwach im hinterkopf, dass man oszillatoren aufbauen kann, die mit dem piezoelement eine eigenresonanz aufbauen und dadurch sehr hohe amplituden erzeugen. es kann sein dass diese piezoelemente (ist ja ne art quartz) 3 anschlüsse haben, wegen des mitkopplungsabgriffes.

der artikel ( (http://www.elektronikpraxis.vogel.de/index.cfm?pid=856&pk=59677). , den du da nennst, beziehts ja auch evt. auf audioequipment.

vielleicht mal rumgooglen von wegen /piezo /eigenresonanz /schwingkreis / oszillator.

evt hilft auch der gedanke an einen brückenverstärker mit tda´s /2030 / 2040 / 2050 oder ähnlichen dingen.

ein brückenverstärker verdoppelt ja schonmal die spannung, was ja nicht schlecht ist. neulich habe ich im datenblatt des lm311 seite 16 auch noch ne interessante schaltung eines switching-amp gesehen, der zumindest in meiner simulation gut läuft. zwei dieser schaltungen als brücke ist ja auch ne idee wert. ... hier der link zum sheet:

http://www.national.com/ds/LM/LM111.pdf

diese schalt-verstärker haben ja wohl mehr klirrfaktor , dafür jedoch jede menge weniger verlustleistung (wärme). das prinzip nennt sich dann Class-D verstärker.

must mal überlegen,, wo du genau hin willst.

gruss klaus

[Besserwessi]

Wenn man den Sendepiezo in Resonanz betreibt dann kriegt man zumindestens relativ viel Schall raus. Das ist dann die Mechnische Resonanz des Piezos.
Mit einer Induktivität in Reihe kann man einen elektrischen Schwingkreisaufbauen, bei dem die Spannung am Piezo höher sein kann als die Spannung des Treibers. Diese Resonanz muß nicht unbedingt mit der mechanischen zusammenfallen. Wenn die mechanische und elektrische Resoanzfrequenz dicht beieinander leigen erhält man 2 gekoppelte Resonanzen, beim Schwingquarz nennt man die dann Parallel und Serien-Resonanz. Wenn man einen normalen LC Oszillator mit einer Induktivität und dem Piezo aufbaut, sollte man automatische eine der beiden Resonanzfrequenzen bekommen.

Eine Möglichkeit um schon mal die Spannung zu verdopplen ist es eine Brückenschaltung zu nehmen, also den Piezo zwischen das Signal und das invertierte Signal zu schalten. Je nach Piezo darf die Spannung auch gar nicht so groß werden, einige vertragen maximal 20 Vrms. Bei der Resoanzfrequenz wird die Impedanz der Peizokapseln schon ziehmlich hoch, da könnter der max232 duchaus reichen.

[kolisson]

@Besserwessi


klingt doch schön, was du schreibst... da hatte ich doch vorhin geschrieben, dass mir ganz dumpf was im hinterkopf klingelt... und schon ist eine schöne und präzise erklärung zur stelle.

schön!

gruss
klaus

[mare_crisium]

Ozzy,



die frabrizieren damit Spannungen von über 50vpp..

und das mit einer Versorgungsspannung von +/-15V: :-) is' doch schon mal was! Die Wandler, die sie nehmen, sind ganz normal bei C** oder R** erhältlich.

@Kollison und Besserwessi

das ist eine interessante Möglichkeit. Ich suche schon lange nach einer Schaltung, die die Induktivität (z.B. als Gyrator ausgeführt) so nachführt, dass der Kreis immer in Resonanz bleibt. Kennt ihr so was?

Ciao,

mare_crisium

[Besserwessi]

Eine als Gyrator ausgeführer Induktivität wird hier nicht viel helfen. Sinnvoll ist die Induktivität hier um eine höhere Spannung zu erhalten, da hilft der Gyrator nicht viel. Man kann aber auch eine echte Induktivität elektrisch einstellen. Eine Form davon nennt sich Transductor.

Die Güte des Elektrischen Schwingkreise wird nicht so hoch sein, man sollte da ohne Nachführung auskommen. Um ein Einmaliges Abgleichen kommt man aber wohl nicht rum.

Wenn man +-15 V Versorgungsspannung hat, könnte man einfach operationsverstärker als Treiber nehmen (ohne Spule). In Resonanz sollten die etwa 20-30 mA Ausreichen, zur Not halt 2 Parallel. Mit der Spule in Reihe sollte man ohnehin weniger Spannung brauchen.

[Ozzy]

@mare_crisium: ja, das ist schon was. So etwas hatte ich ja auch in meiner Frage schon gesagt. Die Frage ist nur, wie man den anschließen muss, um mal +15V und mal -15V auf die Leitung zu legen.

@all: es soll nicht nur eine Frequenz erzeugt werden!

MfG, Ozzy

[Vitis]

ich muss gesehen, ich hab bisher meine piezos immer
per emiterschaltung angesteuert. einfach +Ub
nen Widerstand, an dem parallel den Piezo
und nen NPN-Transistor gegen GND.
Hat bislang einwandfrei gepfiffen

[mare_crisium]

Buon girono, Vitis,

ja, bei mir ging das bisher auch mit +Ub (5V). Ich nahm an, dass Ozzy grössere Reichweite braucht. Kann aber auch sein, dass er, durch das Datenblatt in die Irre geführt, glaubt, dass unter 15V garnichts läuft.

@Ozzy,
Vitis hat recht: Die Wandler können auch mit weniger als 15V ein brauchbares Signal senden. Wenn Du keine besonders grosse Reichweite brauchst, kannst Du sie ganz einfach mit 5V und mit einem Transistor ansteuern. Wenn Du die Elektor-Schaltung mit +-15V nimmst, bekommst Du eine grössere Reichweite. Das An- und Abschalten der Spannung erledigen die beiden Operationsverstärker IC3.A und IC3.B oben rechts auf Seite 32. Sie werden mit +-15V versorgt (siehe kleine Teilschaltung unten rechts). Der Wandler wird an den Ausgängen TRA (PC1) und TRB (PC2) angeschlossen. Die Frequenz wird mit einem Hub von 0 -> 5V über den -Eingang von IC3.A und den +Eingang von IC3.B eingespeist. Einstellbare Frequenzen kannst Du mit einem 555 oder einem Mikrokontroller erzeugen (beim ATmega mit einem der Timer-Ausgänge OC1A, OC1B oder OC2). Wenn Du die Frequenz spannungsgesteuert verändern willst dann geht das mit dem VCO eines 4046 oder eines 556. Viele Wege führen nach Roma :-) .

@Besserwessi:
Danke für die fachmännische Antwort :-). Das hatte ich nicht bedacht - die Driften sollten nicht so gross sein, dass sie eine aktive Nachführung erfordern.

Ciao,

mare_crisium

[Ozzy]

Hi,

also ich hätte gerne eine möglichst hohe Reichweite.
@Vitis: Was nimmt man denn da passenderweise für einen Widerstand?

[Vitis]

Der Haken ist, dass Piezos sehr hochohmige
Geschichten sind. Nen normalen
Lautsprecher könnte man einfach in den
Kollektorstrom hängen, beim Piezo geht das
mangels Stromfluss kaum.
Ich hab da aus dem Bauch raus 10kR
rangehängt und funzte bislang tadellos.

[Manf]

Manchmal gibt es auch eine Typenbezeichnung für solche Wandler und ein Datenblatt in dem man die Impedanz des Wandlers nachsehen kann.
Es gibt recht gebräuchliche Wandler mit einer Impedanz von ca. 1kOhm bei 40kHz.
Hier ist ein Beispiel:
http://www.robot-electronics.co.uk/datasheets/t400s16.pdf